Запорный клапан для абразивных сред

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для перекрытия потоков взвесей абразивных рабочих сред. Запорный клапан для абразивных сред содержит корпус с продольным сквозным каналом для пропуска рабочей среды и двумя аксиально расположенными седлами. Между седлами герметично расположен уплотнительный блок. Блок состоит из уплотнительных дисков, по меньшей мере, с одним сквозным отверстием для пропуска рабочей среды. Центральный диск установлен с возможностью поворота на определенный угол для обеспечения совпадения сквозных отверстий в положении клапана “открыто” и гарантированного перекрытия сквозных отверстий в положении клапана “закрыто”. Остальные диски неподвижно и герметично закреплены относительно седел. Приводное устройство соединено с поворотным диском. Корпус клапана выполнен разъемным, состоит из двух фланцев и дополнительно содержит вставку. Между фланцами установлены седла. Вставка расположена между фланцами с образованием герметичной полости между внутренней поверхностью вставки, уплотнительным блоком и фланцами. Поворотный диск уплотнительного блока неподвижно установлен в дополнительно введенную обойму. Приводное устройство заключено в жесткий корпус, закрепленный своим основанием на вставке. Приводное устройство состоит из гибкой тяги с приводным шкивом. Ось шкива установлена во втулках корпуса приводного устройства. Другие концы тяги пропущены через выполненные сквозные отверстия во вставке и закреплены на обойме поворотного диска. На прямолинейных участках перемещения гибкая тяга выполнена в виде гладких стержней, установленных в дополнительно введенные сальниковые втулки, герметично соединенные со вставкой. Изобретение направлено на повышение надежности герметизации затвора арматуры. 8 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к промышленной трубопроводной арматуре, и может быть использовано для перекрытия потоков взвесей абразивных рабочих сред.

В известной арматуре, такой как шаровой кран, конусный пробковый кран, которые используются для перекрытия сыпучих рабочих сред, в открытом положении крана обеспечивается беспрепятственное прохождение рабочей среды без засорения внутренней поверхности арматуры рабочей средой. Если рабочая среда сыпучая, но не абразивная, и материал затвора по твердости выше, то такая арматура работает относительно надежно. Сопряжение трущихся геометрических поверхностей (“сфера по конусу”, “сфера по сфере”, “конус по конусу”) в запорно-регулирующих устройствах технологически выполнить очень сложно, а для образования сопряжения с очень малым зазором (до 1-2 микрон) по всей трущейся поверхности практически невозможно. Поэтому герметизация взвешенных сыпучих сред (мелкодисперсных), особенно абразивных, становится проблематичной.

Естественно, что для перекачки абразивных рабочих сред выбираются материалы (для арматуры) с высокой твердостью и износостойкостью, такие как твердые сплавы и керамика, а геометрически точное выполнение сопрягаемых поверхностей затвора еще более усложняется. Мелкодисперсная абразивная рабочая среда попадает на поверхности трения и вызывает износ и снижение герметичности затвора, а иногда и заклинивание затвора при повороте. Выполнение “беззазорных” сопрягаемых поверхностей с высокой степенью чистоты и точности (особенно на твердых поверхностях) практически возможно получить только на плоских поверхностях. Так, например, современные торцевые поверхности вращающегося вала, где используются твердые материалы с малым коэффициентом трения, выполняются с шероховатостью поверхности и с отклонением от плоскостности до 0,3 микрон.

Вот почему в системах регулирования потока рабочих сред получили распространение дисковые запорно-регулирующие устройства, где удалось конструктивно разрешить это техническое противоречие и тем самым повысить точность сопрягаемых поверхностей, выполнив их в виде плоских пластин (дисков) из твердых износостойких материалов с высокой чистотой поверхности и высокой плоскостностью.

Известно устройство дискового поворотного клапана (см. патент RU №2182997, МПК F 16 K 31/122, 2002 г.), содержащее корпус с седлом, взаимодействующий с седлом запорный орган в форме диска, механизм перемещения запорного органа в виде цилиндропоршневого устройства, связанного шарнирно-рычажной передачей с запорным органом.

Известно запорно-регулирующее устройство (см. патент RU №2062932, МПК F 16 K 31/08, 1996 г.), в котором основной дисковый поворотный золотник и дополнительный золотник установлены в корпусе между седлами. Золотники сблокированы по оси потока, а в них и в их седлах выполнены проходные отверстия. Золотники снабжены пружинами разжатия основного и дополнительного дисков соответственно. По периферии дисков выполнены цилиндрические выступы. Выступы расположены в гнездах, выполненных в теле золотников. В корпусе выполнены канал вывода среды и сегментный паз, в котором установлена подпружиненная вставка с обратным клапаном. Клапан установлен с возможностью перекрытия поперечного канала. Радиальный канал основного золотника соединен с его центральным гнездом. В полости рычага на уровне поперечного канала выполнена канавка для прохода среды в момент сброса давления с золотника и движения рычага.

При перемещении через такую арматуру взвеси с абразивом полость корпуса будет быстро забиваться, что существенно усложнит поворот золотника. Высокий коэффициент гидравлического сопротивления, особенно для сыпучих абразивных сред, недопустим.

Известно запорно-регулирующее устройство (см. патент RU №2073152, МПК F 16 K 3/08,1997 г.), выбранное в качестве прототипа. В корпусе такого клапана выполнены две центрально-симметричные радиальные прорези, допускающие поворот ручки и поворотного диска в пределах 90°. В дисках центрально симметрично выполнены по два одинаковых секторных отверстия. Уплотнительный блок состоит из последовательно установленных первого упругого уплотнения, пакета регулирующих дисков, второго упругого уплотнения, нажимных втулки и кольцевого винта, взаимодействующего посредством резьбового соединения со стенкой сквозного канала.

Недостатком вышеуказанных устройств дисковых поворотных клапанов является то, что их можно использовать только для чистых жидких и газовых рабочих сред из-за низкой герметизации затвора арматуры.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание дискового поворотного клапана для перекрытия потоков абразивных сред путем повышения надежности герметизации затвора арматуры.

Сущность решения технической задачи заключается в том, что в запорном клапане для абразивных сред, содержащем корпус с продольным сквозным каналом для пропуска рабочей среды и двумя аксиально расположенными седлами, между которыми герметично расположен уплотнительный блок, состоящий из уплотнительных дисков по меньшей мере с одним сквозным отверстием для пропуска рабочей среды, причем центральный диск установлен с возможностью поворота на определенный угол для обеспечения совпадения сквозных отверстий в положении клапана “открыто” и гарантированного перекрытия сквозных отверстий в положении клапана “закрыто”, а остальные неподвижно и герметично закреплены относительно седел, и приводное устройство, соединенное с поворотным диском, корпус клапана выполнен разъемным, состоящим из двух фланцев с седлами, и дополнительно содержит вставку, расположенную между фланцами с образованием герметичной полости между внутренней поверхностью вставки, уплотнительным блоком и фланцами, поворотный диск уплотнительного блока неподвижно установлен в дополнительно введенную обойму, приводное устройство, заключенное в жесткий корпус, закрепленный своим основанием на вставке, состоит из гибкой тяги с приводным шкивом, ось которого установлена во втулках корпуса приводного устройства, другие концы тяги пропущены через выполненные сквозные отверстия во вставке и закреплены на обойме поворотного диска, при этом на прямолинейных участках перемещения гибкая тяга выполнена в виде гладких стержней, остановленных в дополнительно введенные сальниковые втулки, герметично соединенные с вставкой.

Для облегчения монтажа клапана и улучшения ремонтопригодности гибкая тяга, выполненная, например, из троса, состоит из отдельных частей с возможностью их соединения между собой, а часть гибкой тяги, контактирующая с приводным шкивом, может быть выполнена в виде цепной передачи, а сам приводной шкив выполнен в виде зубчатого колеса.

Части гибкой тяги, совершающие прямолинейное перемещение, герметично заключены в гильзы, образуя уплотнительную поверхность по их наружному диаметру.

Вставка выполнена из материала, близкого по коэффициенту линейного расширения к материалу дисков, например из керамики, специальных сплавов. Это необходимо для того, чтобы исключить различия в коэффициенте линейного расширения материалов вставки и дисков, которые могут привести к снижению герметизации клапана.

Для герметизации уплотнительного блока использованы упругие уплотнения, расположенные во входном фланце концентрично (соосно) относительно сквозных отверстий дисков и выполненные в виде спирально навитой прокладки или из комплекта, состоящего из пружин, кольца и уплотнительного элемента.

В корпусе входного фланца клапана выполнены каналы для периодической подачи сжатого газа с избыточным относительно рабочей среды давлением при открытии и закрытии клапана.

Один из каналов соединено герметичной полостью клапана между внутренней поверхностью вставки, уплотнительным блоком и фланцами, а другие каналы соединены с входом подачи рабочей среды для обеспечения возможности удаления (сдувки) остатков абразивной взвеси из полости клапана перед его открытием или закрытием.

На фиг.1 представлен общий вид клапана (поперечный разрез) в открытом состоянии;

на фиг.2 - сечение А - А фиг.1;

на фиг.3 - узел Б фиг.2.

Запорный клапан для абразивных сред содержит корпус с входным 1 и выходным 2 фланцами, образующие сквозной продольный канал 3 для пропуска рабочей среды. Торцевые поверхности фланцев, образующие внутреннюю поверхность корпуса, выполняют функции седел. На торцевой поверхности фланца 1 выполнены канавки под спирально навитые прокладки 4, концентрично расположенных относительно отверстий Д. На седлах фланцев 1 и 2 размещены неподвижно диски 5 и фиксирующие их от поворота шпонки 6. Поперечное сечение дисков 5 полностью совпадает с опорной поверхностью седел. С уплотнительными поверхностями дисков 5 контактирует поворотный диск 7, неподвижно установленный в обойму 8 шпонками 9. Прокладки 4, неподвижные диски 5 и поворотный диск 7 образуют уплотнительный блок запорного устройства. Фланцы 1, 2, диски 5, 7 соединяются и центрируются осью 10. Обойма 8 снабжена уступом 11, ограничивающим поворот диска 7 пазом 12, выполненным во фланце 2.

Привод клапана содержит гибкую тягу, состоящую из трех звеньев (частей) 13, 14, 15 троса, соединенных между собой муфтами 16, и два шкива. Один шкив приводной 17, он неподвижно соединен с осью 18 и приводной рукояткой 19. Ось 18 установлена во втулках корпуса привода 20, который крепится к вставке 21 с помощью хомута 22 и крепежных деталей 23. Сама вставка 21, расположенная между фланцами, жестко и герметично закреплена на корпусе клапана, образуя полость 24 между вставкой, уплотнительным блоком и седлами. Вторым шкивом привода является обойма 8, к которой жестко крепятся участки троса 13, 14 с помощью планки 25 и болтов 26.

На участках прямолинейного перемещения каждый из звеньев тросов 13, 14 заключен в гильзу 27, которая установлена в сальниковую набивку 28 сальниковой втулки 29. Втулка 29 своей торцовой поверхностью поджимается через прокладку 30 к вставке 21, обеспечивая герметичность полости 24 относительно внешней среды. В клапане для герметизации уплотнительного блока использованы упругие уплотнения, расположенные в седле фланца 1 соосно относительно сквозных отверстий Д дисков и выполненные в виде спирально навитых прокладок 4 или состоящие из комплекта пружин 31, кольца 32 и уплотнительного элемента 33 (см. фиг.3). В корпусе фланца 1 выполнены каналы 33 для периодической подачи газа с избыточным относительно рабочей среды давлением при открытии и закрытии клапана.

Клапан работает следующим образом.

Клапан находится в открытом положении. Отверстия Д фланцев 1, 2 корпуса клапана и примыкающих дисков 5 совмещены с отверстиями поворотного диска 7, образуя прямоточный канал для перемещения рабочей среды. При этом спирально навитые прокладки 4 обеспечивают поджатие уплотнительных поверхностей дисков 5 и 7. Герметизация между диском 5 и седлом фланца 2 обеспечивается за счет их поджатых притертых поверхностей. Рукоятка 19 повернута до упора, что обеспечивается жестким касанием уступа 11 паза 12. Закрытие устройства начинается с предварительной продувки. Поскольку запорный клапан рассчитан, например, для перекрытия рабочей среды в виде взвеси воздуха с абразивом при высоких температурах, то через каналы в корпусе фланца 1 подается воздух с избыточным относительно рабочей среды давлением, при открытии и закрытии клапана, который движется по каналу 3 через отверстия Д с избыточным (~ на 0,5 МПа) давлением относительно давления рабочей среды. Поток воздуха, проходя через отверстия Д, приостанавливает движение рабочей среды, сдувая отсеченную абразивную смесь в обе стороны. Одновременно воздух с избыточным давлением подается в полость 24. Давление в полости 24 поднимается до избыточного, равного давлению сдувки. Поворотом рукоятки 19, не прекращая сдувка, приводной шкив поворачивается до жесткого касания уступа 11 паза 12, поворачивая посредством участков троса 13, 14, 15 обойму 8 с поворотным диском 7. При этом отверстия Д седел и примыкающих дисков 5 гарантированно перекрываются глухой частью поворотного диска 7 с обеспечением герметичности по уплотнительным поверхностям поворотного диска 7 и дисков 5. После этого сдувка прекращается. Выравнивание давления в полости 24 с давлением сдувки препятствует проникновению абразивной среды между уплотнительными поверхностями дисков 5 и 7.

Перед открытием клапана аналогично проводится сдувка. Поворотом рукоятки 19 обеспечивается поворот диска 7 в исходное состояние, то есть до совмещения отверстий Д диска 7 с отверстиями фланцев 1, 2 и дисков 5. При повороте диска 7 участки троса 13, 14 с гильзами 27 проходят через сальниковую набивку 28, обеспечивая герметизацию полости 24 от внешней среды.

Следует отметить, что герметичная полость 24 клапана, где давление всегда не ниже давления рабочей смеси, является своеобразным воздушным барьером, который препятствует проникновению рабочей смеси в эту полость и, в конечном итоге, во внешнюю среду.

Промышленное применение очевидно. Опытная конструкция прошла испытания и показала положительные результаты. Изобретение может быть использовано для надежного перекрытия потока рабочих сред, в том числе и абразивных взвесей.

Перечисленные признаки отличают техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Формула изобретения

1. Запорный клапан для абразивных сред, содержащий корпус с продольным сквозным каналом для пропуска рабочей среды и двумя аксиально расположенными седлами, между которыми герметично расположен уплотнительный блок, состоящий из уплотнительных дисков по меньшей мере с одним сквозным отверстием для пропуска рабочей среды, причем центральный диск установлен с возможностью поворота на определенный угол для обеспечения совпадения сквозных отверстий в положении клапана “Открыто” и гарантированного перекрытия сквозных отверстий в положении клапана “Закрыто”, а остальные неподвижно и герметично закреплены относительно седел, и приводное устройство, соединенное с поворотным диском, отличающийся тем, что корпус клапана выполнен разъемным, состоящим из двух фланцев, между которыми установлены седла, и дополнительно содержит вставку, расположенную между фланцами с образованием герметичной полости между внутренней поверхностью вставки, уплотнительным блоком и фланцами, поворотный диск уплотнительного блока неподвижно установлен в дополнительно введенную обойму, приводное устройство, заключенное в жесткий корпус, закрепленный своим основанием на вставке, состоит из гибкой тяги с приводным шкивом, ось которого установлена во втулках корпуса приводного устройства, другие концы тяги пропущены через выполненные сквозные отверстия во вставке и закреплены на обойме поворотного диска, при этом на прямолинейных участках перемещения гибкая тяга выполнена в виде гладких стержней, установленных в дополнительно введенные сальниковые втулки, герметично соединенные со вставкой.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что гибкая тяга выполнена из отдельных частей с возможностью их соединения между собой.

3. Клапан по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что гибкая тяга выполнена из троса.

4. Клапан по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что часть гибкой тяги, контактирующая с приводным шкивом, выполнена в виде цепной передачи, а сам приводной шкив - в виде зубчатого колеса.

5. Клапан по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что части гибкой тяги, совершающие прямолинейное перемещение, герметично заключены в дополнительно введенные гильзы, образуя уплотнительную поверхность по их наружному диаметру.

6. Клапан по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что вставка выполнена из материала, близкого по коэффициенту линейного расширения к материалу дисков.

7. Клапан по п.1, отличающийся тем, что для герметизации уплотнительного блока использованы упругие уплотнения, расположенные во входном фланце соосно со сквозными отверстиями дисков и выполненные в виде спирально навитой прокладки или из комплекта, состоящего из пружин, кольца и уплотнительного элемента.

8. Клапан по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в корпусе входного фланца выполнены каналы для периодической подачи сжатого газа с избыточным относительно рабочей среды давлением при открытии и закрытии клапана.

9. Клапан по п.8, отличающийся тем, что один из каналов соединен с герметичной полостью клапана между внутренней поверхностью вставки, уплотнительным блоком и фланцами, а другие каналы соединены со входом подачи рабочей среды.

РИСУНКИ